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1、湘潭大学兴湘学院湘潭大学兴湘学院 毕业论文毕业论文题题 目：目： 立式铣床主轴变速系统设计立式铣床主轴变速系统设计 学学 院：院： 兴湘学院兴湘学院 专专 业：业： 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 学学 号：号： 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： 完成日期：完成日期： 20142014 年年 5 5 月月 2525 日日 II目录目录摘要.1Abstract. 2第一章 绪论.3第一节 铣床的研究.3第二节 设计概述.6第二章 方案的设计.7第三章 齿轮的设计. 10第一节 初选各齿轮齿数.10第二节 齿轮的设计计算.11本章附录.24第四章 各轴的设计计算.25第一节 初步
2、确定各轴的最小直径.25第二节 各轴的强度校核.26第五章 轴承的寿命计算.32第六章 操纵机构的设计.36致谢. . 40参考文献.41文献翻译.42英文文献.511立式铣床主轴变速系统设计摘要摘要 立式铣床主轴变速系统是一种将一个转速输入，经过变速输出多个转速来 满足需要不同转速的要求。这种系统广泛应用于各种机床的主传动系统和进给 系统之中。C 箱体传动系统设计包含机械原理，机械设计，机械制造基础，材 料力学等课程的内容。本次设计任务主要是完成主轴变速箱的设计，包括齿轮 设计计算、轴的设计计算和轴承的寿命校核及箱体的结构设计。本次设计的 C 箱体传动系统是用于立式铣床主传动系统中。关键词
3、立式铣床 变速输出 立式铣床全套图纸，加全套图纸，加2Vertical milling machine spindle speed change system designAbstract Vertical milling machine spindle speed change system is a kind of put a speed input, after multiple variable output rotational speed to meet the need different speed of institutions. The agency is widely u
4、sed in all kinds of machine tool main drive system and feed system. C casing drive system design including mechanical principle, mechanical design, mechanical manufacturing base, mechanics of materials and so on course content. The design task is mainly to complete the design of the spindle gearboxe
5、s, including design calculation, the design calculation of shaft gear and bearing life test and enclosure structure design. The design of C casing drive system is used for vertical milling machine in the main drive system.Keyword Vertical milling machine variable speed output Vertical milling machin
6、e3第一章第一章 绪绪 论论第一节 铣床的研究机械工业为经济发展提供技术装备并且带动经济持续快速增长，而机床是机械工业一个核心地位，是提供制造场所和技术的加工机器。机床总数、质量等是衡量某个国家工业发展程度标志。目前机械加工中，其中金属切削是机床最重要的一个用途。机床先进性直接影响整个机械制造业发展程度。铣床具有效率高、精度高等特点, 是机床中最主要的代表,其中精密铣床、数控铣床特别是国防、航空、汽车、拖拉机、造船、机床和工具制造等部门占机床总拥有量的1 / 1 0 以上。铣床从结构分为工作台不升降铣床、龙门铣床、升降台铣床。从功能自动化程度等方面又可分为普通铣床、数控铣床(包括加工中心) 。
7、铣床的研究历来被各界专业人士所困扰，如铣床滚齿设计，五坐标数控铣床球形滚刀，铣床精度热稳定性探析及其热变形误差分析铲齿加工，铣床数控化改造及补偿探究等等。铣床圆柱齿轮滚齿加工主要是在滚齿机上加工。因此成形铣刀旋转是通过铣床主轴带动,齿轮齿槽的加工是通过分度头支撑尾座带动工件沿齿轮的齿槽方向移动实现。因此分度误差较大加上成形法齿轮加工中存在较大的原理性误差, 所以铣床加工是精度较差。因此有必要对铣床在某个方面进行改装。万能铣床自动滚齿系统的研制成功改变了某个缺点。以单片机作为核心控制单元,其转速信号采用光电编码器采集齿轮毛坯和滚刀,其转速运转采用步进电机驱动工件与刀具定比例, 展成法齿轮加工从而
8、实现了齿轮加工精度低和加工效率低的问题。然而为了解决在铣削过程中一些几何形状复杂, 制造困难的物体. 从而想到球形滚刀制造的关键技术铲齿工艺, 而通用五坐4标数控铣床正适合这一方法. 根据被加工齿轮和滚刀的啮合关系,建立了铲齿球形滚刀齿侧面的数学模型,它的工作原理是基于连续分度的展成原理, 因此加工效率和精度高于盘形铣刀仿形法加工内齿轮.而它的关键工序是铲齿, 一般在专用的铲齿机床上进行.作者提出了在球形滚刀铲齿工艺通过用五坐标数控实现, 给出了程序的数学模型和后处理方法,推动球形滚刀加工内齿轮这一齿轮技术的广泛应用。机床主要的动力源来自于电机，其中一个关键是选用步进电机，利用它可以组成一个简
9、单的全数字化伺服系统，它的优点是不需要反馈信号所以在开环数控系统获得了。开环伺服系统中执行元件是步进电机将进给脉冲转换为具有一定方向、大小和速度的机械转角位移， 带动工作台移动。由于该系统没有反馈检测环节， 因此它的精度主要由步进电机来决定，其速度或多或少对步进机性能有一点影响，对步进电机选择，应使机械系统和步距角匹配，机床使用时所要求的脉冲当量所需的量就会得到适宜，其最高连续运行频率能够满足机床移动的需求。选择步进电机不仅它能满足我们所需要的设计要求而且在某个方面我们还能降低机床的成本。通过分析发现后机床投入使用生产效率翻了一番加工质量显著提高，以往令人头疼的技术问题也没了。因为将异步电动机
10、改为步进电动机使机床的稳定性、精度有很大提高改善了工作环境, 消除了粉尘和噪声污染。对于一些难加工的型面复杂的零件，也能使其达到理想条件。机床技术的发展和提高，加工效率也要同步发展，要求机床主轴旋转速度提高的同时，快移速度相应提高。各座标轴的进给速度也需要提高这就造成机床各部分发热不均衡而且散热也不太相近，这就使机床热稳定性，造成机床稳定性加工的好坏因素。所以在使用机床时要考虑环境温度的变化，而且可以采取适当的探测仪对机床进行控制，这样避免因机床某个零部件从而影响机床的性能，最终对机床的热稳定性的热源分析的直接目的是相对工件的位置时落下的刀具加工及刀具移动或工件一致性。通过探究我们可以知道机床
11、发热主要是机床运动部件运动发热、气温、切削。另外机床安置的厂房布置对机床精度影响也有影响特别是南方厂房，因此尽量在通风多光线足的地方。机床部件发热的影响主要是座标轴运动发热和主传动发热。主传动安装在滑枕上主轴在滑枕下端，滑枕相对而言是直径大的杆类，热变形特性复杂这与导轨布置方式、滑枕截面形状有很大关系。此类机床主传动动力传入方式主要是从端面传入或者正面传入，正面传入，其优点传动刚性较好传动链短，其导轨釆用半包容结构，滑枕尺寸大，增强了滑枕的刚性，其缺点是热量在滑枕正面大量聚集，导致滑枕反面和正面热量不同使滑枕变形系数大。端面传入由于传动刚性差，滑枕尺寸相对较小，导轨釆用全包容结构，传动链过长，
12、滑枕的结构刚性稍弱，但在5滑枕端面获得了大量的热量，以致滑枕正反面温度相差不大滑枕变形小。进给传动热源主要提供座标轴，如进给电机发热或齿轮齿条传动发热和滚珠丝杠传动发热传导到传动部件，结果导致机床精度变差。所以机床布置间隔距离应大，不要对着阳光直射厂房建造时尽可能高，通风好以便空气流动这样机床的温度才会均衡。对主轴部件发热及主传动的控制方法通常采用在加工前进行预热通常滑枕和主轴热稳定系数已相对稳定再进行加工作业时可避免加工精度造成的影响。或是采用相同温度机油对主轴和传动系统进行冷却。伺服电机发热一般用隔热垫使热源和电机隔离，还可以在机床和电机相连部位用冷却方式控制。滚珠丝杠传动发热可以采用中空
13、丝杠从中通入循环冷却油，将丝杠温度降低，保证进给轴驱动刚性好，使机床精度大幅提高。或者采用大直径滚珠丝杠，热容量增加，温升减少便达到目的。数控铣床高效率、柔性化、高精度的迅速发展，因此数控铣床加工精度、可靠度、精度稳定性的要求更高，如何减少机床动态、静态的热变形误差一直是个难题。因加工过程中的丝杠、导轨床身、滚珠等误差是影响几何精度，因此补偿方法和热变形误差分析的研究，有助于改善加工精度和产品质量。其原因在实际生产中是不能提供有效地环境如恒温、无尘、恒湿等，这样加工出来的产品误差较大。归咎其主要原由有被工装、加工件、机床工作台联接件的结合面、夹具等不同运转时在内、外热源的作用发生了不同程度的变
14、形。热源随着零部件不同成非线性变化。以及机床外面所处位置不同而使散热条件有差异。数控铣床通常配备有变频器、接触器、大功率的变压器等电器元件通常置于位于床身背后，一般机床长时间工作产生的热量被人忽视以致产生的热变形使加工零件造成误差偏差大，使产品质量不合格。数控铣床发热源出了这些还有液压系统的发热、动力源的能量损耗这些热量一般不定随输出功率的大小而不断变化属非恒定热源。运动副产生的摩擦热要是指转动副、螺旋副和移动副。移动副产生的磨擦较少,运动时速度很低,转动副及其密封相对而言产生的热也相对少，这样旋转轴和旋转轴配合的箱体产生非线性的温度场，以致旋转轴倾斜和偏移。滚珠丝杠对于每节来说产生的热源很少但是整个累积起来的热误差却不可估量的。在数控铣床上加工热零件时，通常粗、精加工几乎在同一台机床进行，粗加工时所产生的切削热很大。怯薛时将机床产生的机械能通过切削转化金属材料变形所用的热能。而传输的热量分配按照所加工时条件而定。一般情况下在不加冷却液切削时传给工件的热量按估计不到三分之一，大量热源被切屑带走，其中切屑飞落
